QUERCETINA E VITAMINA C
QUERCETINA E VITAMINA C: UNA TERAPIA SPERIMENTALE E SINERGICA PER LA PREVENZIONE E IL TRATTAMENTO DELLA MALATTIA CORRELATA ALLA SARS-COV-2 (COVID-19)
Ruben Manuel Luciano Colunga Biancatelli1,2,3*,Max Berrill4,John D. Catravas1,2,5 and Paul E. Marik 1 1 Division of Pulmonary and Critical Care Medicine, Eastern Virginia Medical School, Norfolk, VA, United States, 2 Frank Reidy Research Center for Bioelectrics, Old Dominion University, Norfolk, VA, United States, 3 Policlinico Umberto I, La Sapienza University of Rome, Rome, Italy, 4 Department of Respiratory Medicine, St. Peter’s Hospital, Surrey, United Kingdom, 5 School of Medical Diagnostic & Translational Sciences, College of Health Sciences, Old Dominion University, Norfolk, VA, United States
La sindrome respiratoria acuta grave Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) rappresenta una minaccia globale emergente che sta mettendo a dura prova la capacità sanitaria mondiale. A partire dal 27 maggio, la malattia causata da SARS-CoV-2 (COVID-19) ha provocato oltre 340.000 morti in tutto il mondo, di cui 100.000 solo negli Stati Uniti. È fondamentale studiare e sviluppare trattamenti farmacologici idonei alla prevenzione e al trattamento del COVID-19. L'acido ascorbico è una vitamina fondamentale necessaria per il corretto funzionamento del sistema immunitario. Svolge un ruolo nella risposta allo stress e ha mostrato risultati promettenti quando somministrato a pazienti critici. La quercetina è un noto flavonoide le cui proprietà antivirali sono state studiate in numerosi studi. È stato dimostrato che la co-somministrazione di vitamina C e quercetina esercita un'azione antivirale sinergica a causa della sovrapposizione di proprietà antivirali e immunomodulanti e della capacità dell'ascorbato di riciclare la quercetina, aumentandone l'efficacia. Interventi sicuri ed economici che hanno una solida logica biologica dovrebbero essere prioritari per l'uso sperimentale nell'attuale contesto di una pandemia sanitaria globale. Presentiamo le prove attuali per l'uso della vitamina C e della quercetina sia per la profilassi nelle popolazioni ad alto rischio che per il trattamento dei pazienti COVID-19 in aggiunta a promettenti agenti farmacologici come Remdesivir o plasma convalescente.
INTRODUZIONE È fortuito (o forse indicativo di un duro lavoro) che il premio Nobel Szent-Gyorgyi abbia scoperto sia l'acido ascorbico (vitamina C) che la quercetina flavonoide (all'epoca etichettata vitamina P) (1). L'acido ascorbico è una vitamina essenziale con note proprietà antivirali (2) che è oggetto di studio per i suoi effetti benefici durante la risposta allo stress nella sepsi e nei pazienti critici (3).
La vitamina C esercita le sue proprietà antivirali supportando l'attività dei linfociti, aumentando la produzione di interferone-α, modulando le citochine, riducendo l'infiammazione, migliorando la disfunzione endoteliale e ripristinando la funzione mitocondriale (4–6). Ci sono anche suggerimenti che la vitamina C possa essere direttamente viricida (7). Questi effetti in vitro, come abbiamo discusso in precedenza (2), costituiscono un riflesso sia delle concentrazioni sovrafisiologiche di ascorbato che dell'interazione tra vitamina C e terreni di coltura contenenti metalli, entrambi pro-ossidanti, che generano specie reattive dell'ossigeno.
La quercetina (nota anche come 3,3 ′, 4′5,7-pentaidrossiflavone) è un flavonoide vegetale ampiamente distribuito, che si trova in diverse verdure, foglie, semi e cereali, dove è coniugato con zuccheri residui per formare glicosidi di quercetina (8 ). Gli studi suggeriscono che l'integrazione con quercetina può promuovere effetti antiossidanti (9), antinfiammatori, antivirali (10) e immunoprotettivi (11). La quercetina è stata studiata in vari tipi e modelli di infezione virale a causa dei suoi promettenti effetti antivirali nell'inibire polimerasi (12), proteasi (13), trascrittasi inversa (14), sopprimere la DNA girasi e legare le proteine del capside virale (15, 16).
In questa revisione raccogliamo le prove delle proprietà antivirali della quercetina, descriviamo la sua azione biologica e il profilo farmacocinetico, espandiamo la nostra precedente revisione della vitamina C, discutiamo le loro azioni sinergiche e proponiamo questo approccio sperimentale multi-farmaco per la prevenzione e il trattamento della Pandemia di SARS-CoV-2 / COVID-19.
La vitamina C esercita le sue proprietà antivirali supportando l'attività dei linfociti, aumentando la produzione di interferone-α, modulando le citochine, riducendo l'infiammazione, migliorando la disfunzione endoteliale e ripristinando la funzione mitocondriale (4–6). Ci sono anche suggerimenti che la vitamina C possa essere direttamente viricida (7). Questi effetti in vitro, come abbiamo discusso in precedenza (2), costituiscono un riflesso sia delle concentrazioni sovrafisiologiche di ascorbato che dell'interazione tra vitamina C e terreni di coltura contenenti metalli, entrambi pro-ossidanti, che generano specie reattive dell'ossigeno.
La quercetina (nota anche come 3,3 ′, 4′5,7-pentaidrossiflavone) è un flavonoide vegetale ampiamente distribuito, che si trova in diverse verdure, foglie, semi e cereali, dove è coniugato con zuccheri residui per formare glicosidi di quercetina (8 ). Gli studi suggeriscono che l'integrazione con quercetina può promuovere effetti antiossidanti (9), antinfiammatori, antivirali (10) e immunoprotettivi (11). La quercetina è stata studiata in vari tipi e modelli di infezione virale a causa dei suoi promettenti effetti antivirali nell'inibire polimerasi (12), proteasi (13), trascrittasi inversa (14), sopprimere la DNA girasi e legare le proteine del capside virale (15, 16).
In questa revisione raccogliamo le prove delle proprietà antivirali della quercetina, descriviamo la sua azione biologica e il profilo farmacocinetico, espandiamo la nostra precedente revisione della vitamina C, discutiamo le loro azioni sinergiche e proponiamo questo approccio sperimentale multi-farmaco per la prevenzione e il trattamento della Pandemia di SARS-CoV-2 / COVID-19.
Figura 1. Struttura chimica della quercetina. Creato con ChemDoodle Web con autorizzazione (18).
BIOLOGIA DELLA QUERCETINA
I composti flavonoidi, come la quercetina, sono stati inizialmente studiati per la loro attività biologica nell'influenzare la resistenza della parete capillare (19) e continuano ad essere studiati per i loro effetti sulla tensione vascolare (20). Gli integratori alimentari differiscono, ma spesso contengono la forma libera di quercetina - quercetina aglicone - con i numeri di codice nazionali dei farmaci della FDA 65448-3085, 65448-3005 (21). Una volta consumata, la quercetina passa prevalentemente inalterata nell'intestino crasso (22). La quercetina agisce come un scavenger di radicali liberi, donando due elettroni tramite ochinone / chinone methide (23); studi sia in vitro che in vivo (24, 25) implicano la quercetina come un potente antiossidante. Questa attività antiossidante può anche essere potenziata dalla vitamina C (26), come verrà discusso di seguito. C'è anche un interesse di lunga data significativo per l'attività antinfiammatoria della quercetina, poiché è stato suggerito come un mediatore chiave nell'elemento protettivo cardiovascolare della dieta “mediterranea” (27). Questo razionale biologico è secondario alla capacità di spazzamento dei radicali liberi della quercetina, insieme a diversi ruoli identificati in modelli in vitro e in vivo, tra cui: inibizione dell'aggregazione piastrinica (28), inibizione della perossidazione lipidica
(29) e suoi effetti inibitori sui mediatori pro-infiammatori come la lipossigenasi (30) e la fosfolipasi A2 (31). Questo effetto antinfiammatorio è mediato principalmente dall'attività flavonoide sul metabolismo dell'acido arachidonico e dalle vie associate leucotriene / prostaglandine. Inoltre, la 3-metil-quercetina, un metabolita della quercetina, mostra effetti stimolatori sulla frequenza del battito ciliare delle cellule epiteliali nasali, sia in vitro che in vivo, quando somministrata da sola o con un potenziatore
dell'assorbimento HP-β-CD (32). La quercetina influenza anche la funzione di diversi lipidi, proteine tirosina e serina / treonina chinasi (33, 34), come fosfatidilinositolo (PI) -3-chinasi e ossido nitrico sintasi inducibile (NOS2) (35, 36).
EFFETTI BENEFICI DELLA VITAMINA C E DELLA QUERCETINA NELLE INFEZIONI VIRALI
Esiste un'enorme quantità di letteratura a supporto delle proprietà antivirali della quercetina, sia in esperimenti in vitro che in vivo. La quercetina inibisce diversi virus respiratori nelle cellule in coltura (16, 37). Inibisce gli effetti citopatici provocati da molti sierotipi di rinovirus, echovirus (tipo 7, 11, 12 e 19), coxsackievirus (A21 e B1) e poliovirus (tipo 1 Sabin) a una concentrazione inibitoria minima da 0,03 a 0,5 μg / ml in cellule Hela o WI-38 (38). La quercetina riduce anche in modo significativo la formazione di placche da RNA e virus a DNA [virus respiratorio sinciziale (RSV), poliomielite di tipo 1, parainfluenza di tipo 3 e Herpes Simplex Virus-1 (HSV-1)] mostrando proprietà anti-infettive e anti-replicative (39). Inibisce la replicazione delle cellule HeLa inoculate da citomegalovirus (CMV) a una concentrazione dimezzata (IC50) di 3,2 ± 0,8 μM e con un indice di selettività (SI) di 22 (40). La replicazione del virus Dengue di tipo 2 (DENV2) nelle cellule Vero è inibita dalla quercetina a una IC50 di 35,7 μg / mL, causando una riduzione dell'RNA DENV-2 del 67%. Ciò è attribuito alla capacità della quercetina di bloccare l'ingresso del virus o di inibire gli enzimi di replicazione virale come le polimerasi virali (41).
Studi in vivo indicano che i topi inoculati con il virus della meningoencefalite sono protetti dall'infezione letale dalla quercetina (30 o 40 mg / Kg BID, PO, per 4 giorni) in maniera dose dipendente (42). Questi effetti benefici vengono aboliti se il composto viene somministrato per <3 giorni, una volta al giorno o tramite iniezione sottocutanea. Ciò potrebbe suggerire che gli effetti antivirali possano dipendere da una concentrazione inibitoria minima o da qualche forma di conversione metabolica del farmaco (42). Il trattamento con quercetina ha anche mostrato un effetto benefico nei topi immunocompetenti infettati dal virus Mengo, dove ha ridotto la gravità del danno d'organo (43). Gli atleti integrati con quercetina sono protetti dalla suscettibilità indotta dallo stress alle infezioni del tratto respiratorio superiore (44), che non era correlata all'immunomodulazione (45, 46).
La vitamina C è un nutriente essenziale coinvolto in una vasta gamma di funzioni immunitarie; la sua integrazione ha dimostrato effetti benefici in diversi tipi di infezioni virali. Livelli ridotti di ascorbato sono stati trovati in pazienti con infezioni virali (47), sepsi (48), ARDS correlata alla sepsi (49) e altre malattie critiche (50). Durante l'infezione, la vitamina C è necessaria per l'uccisione dei neutrofili (51), è concentrata nei macrofagi (52), è responsabile della maturazione delle cellule T (53) e promuove la fagocitosi e l'apoptosi dei neutrofili esauriti (4). Non sorprende, quindi, che le infezioni virali, a seconda della loro gravità, siano associate ad un aumento del metabolismo e alla riduzione dell'ascorbato circolante.
La vitamina C ha migliorato la sopravvivenza in diversi modelli murini di infezione letale. I topi infettati dal virus dell'encefalite venezuelana e trattati con vitamina C (50 mg / kg) mostrano la metà della mortalità dei controlli con riduzioni associate dei titoli virali, dei prodotti di perossidazione lipidica e del contenuto di NO (54). I topi incapaci di sintetizzare la vitamina C (valori nulli della L-Gulono-gamma-lattone ossidasi) sono stati infettati dall'influenza; i topi che non ricevevano vitamina C supplementare mostravano punteggi di patologia polmonare maggiori nonostante nessuna differenza nei titoli virali (55). Nei topi sottoposti a stress di contenzione con polmonite indotta da virus H1N1, la vitamina C ha ridotto la mortalità in modo dose-dipendente (100% vs. 80% vs. 50% a 0, 125 e 250 mg / kg / die) e ridotto il danno strutturale capillarealveolare (56). I topi inoculati con Rabbia + cellule cerebrali di topo e trattati con 100 mg / kg giornalieri di vitamina C IM hanno mostrato quasi la metà della mortalità dei controlli (57).
L'unico studio sull'uomo sulla vitamina C è stato condotto su soldati dell'URSS con una grave infezione virale che indicava l'integrazione di vitamina C (300 mg / die) protetta dalla polmonite associata all'influenza ed era associata a degenze ospedaliere più brevi (58).
La somministrazione di vitamina C (iv 5 g / die due volte / settimana) nei pazienti con herpes zoster ha mostrato una minore incidenza di nevralgia posterpetica (31,1% vs. 57,1%) e alla fine dello studio
(settimana 16) c'era un punteggio del dolore inferiore nel trattamento gruppo (0,64 +/- 0,9 contro 1,98 +/- 0,7) (59). La vitamina C somministrata a 1 g BID a 133 pazienti, ha ridotto il rischio (OR 0,25) di recidiva di cheratite da herpes simplex (HSK) (60), in accordo con studi precedenti che indicavano una ridotta disponibilità di ascorbato nell'occhio (61). È interessante notare che un numero crescente di casi clinici di sindromi da distress respiratorio acuto (ARDS) correlate a virus indicano un trattamento efficace con alte dosi endovenose di vitamina C (62, 63).
La co-somministrazione di quercetina (12,5 mg / kg / settimana) e vitamina C e B3 in un modello murino di suscettibilità indotta dall'esercizio all'influenza H1N1 ha prolungato il tempo alla morte (tempo mediano alla morte: placebo 9,0 ± 0,33 vs. quercetina 16,5 ± 1.2) e una migliore sopravvivenza (mortalità: placebo 74% vs quercetina 52%) rispetto ai topi che ricevevano solo vitamine B3 e C (64). Un vecchio e piccolo studio clinico ha identificato la combinazione di flavonoidi e acido ascorbico (rapporto 1: 1) come benefica per le infezioni respiratorie (200 mg TID) (65).
INIBIZIONE DELL'INGRESSO DI VIRUS
L'ingresso cellulare è un passaggio cruciale durante l'infezione virale ed è stato studiato come potenziale bersaglio di trattamenti antivirali (66-68). In un modello in vitro di infezione influenzale H1N1 e H3N2 delle cellule MDCK, la quercetina ha dimostrato un ridotto effetto citopatico 48 ore dopo l'infezione (69). Questo effetto è stato osservato quando la quercetina è stata somministrata durante l'ingresso virale (0–2 h), era massima con il pretrattamento della quercetina e dipendeva dalla capacità della quercetina di legare le proteine emoagglutinina (HA). In particolare, la quercetina ha legato (dose-dipendente) la subunità HA responsabile della fusione della membrana durante l'ingresso del virus e l'emolisi mediata dal virus (69). In vitro, il pretrattamento con quercetina (10 μM) ha inibito la virulenza, l'ingresso e la replicazione del Rhinovirus (RV) nelle cellule BEAS-2B tramite meccanismi multipli: ha impedito l'endocitosi del RV anche se indirizzando erroneamente la localizzazione EEA1 -un marcatore endosomiale precoce- e inibendo la fosforilazione di AKT con successiva riduzione di 3 volte della carica virale a 24 h, abbassando l'RNA del filamento negativo e modulando l'espressione dell'interferone (IFN) e dell'IL-8 (70). Questi risultati sono stati confermati in vivo, con una concentrazione plasmatica inferiore stimata di quercetina (nM) (analogamente ad altri studi (71-73)) durante la quale la quercetina ha ridotto l'RV-RNA 1 giorno dopo l'infezione, modulato KC, MIP-2, TNF-a e MCP-2, ridotta iper-reattività delle vie aeree indotta da virus e IFN modulati (IFN-α e IFN-λ2) (70).
INTERFERENDO CON DNA E RNA POLIMERASI
Gli effetti antivirali in vitro della quercetina sugli herpesvirus (HSV-1, 2) e sugli adenovirus (ADV-3, -8, -11) suggeriscono l'inibizione della replicazione virale allo stadio iniziale in maniera dose-dipendente (per HSV1100 inibizione 60 mg / L) (16, 74), nonché l'inibizione del DNA virale e dell'RNA polimerasi (12, 75, 76). Nelle cellule renali embrionali umane (HEK), inoculate con poliomielite, la 3-metilquercetina ha interrotto la formazione di placche mentre la quercetina stessa ha dimostrato questi effetti quando somministrata insieme alla vitamina C (77). Infatti, la vitamina C (D- o L-ascorbato ma non deidroascorbato), ha impedito la degradazione spontanea della quercetina suggerendo la co-somministrazione necessaria con l'ascorbato per esercitare il suo effetto antivirale. Gli effetti benefici della 3-metilquercetina (10 μM) sono stati esercitati principalmente quando il composto è stato somministrato 1-2 ore dopo l'infezione da poliovirus nelle cellule di Hela, inibendo le proteine virali e la sintesi dell'RNA in modo dose dipendente (78). Infatti, la 3-metil-quercetina è stata identificata come una molecola in grado di legare le proteine essenziali richieste durante la trascrizione da RNA a filamento negativo in RNA a polarità positiva, interferendo così con la replicazione citoplasmatica dell'RNA virale (79).
In uno studio in vivo, un metabolita della quercetina (4 ′, 5-diacetil-3, Y, 7-trimetil-quercetina), somministrato per via orale BID per 4 giorni, ha protetto i topi contro l'infezione letale da virus Coxsackie, promuovendo la sopravvivenza in una dose-risposta scala: 10, 20 e 40 mg / kg hanno aumentato la sopravvivenza rispettivamente del 30, 40 e 50% (38). Questi effetti benefici sono stati attribuiti a una completa inibizione della replicazione del virus quando il composto è stato aggiunto entro 2 ore dall'assorbimento del virus e correlato al blocco del complesso RNA polimerasi, come dimostrato in vitro (38).
INIBIZIONE DELLA TRASCRITTASI INVERSA
La quercetina è stata studiata in vitro come agente antivirale per l'HIV grazie alla sua capacità di inibire enzimi cruciali: trascrittasi inversa (RT), integrasi (IN) e proteasi (PR) (80). La quercetina riduce significativamente la replicazione virale dell'HIV (81) e, se aggiunta a cellule mononucleate del sangue periferico (PBMNc) infette da HIV e rispetto ai controlli infetti da HIV, la quercetina ha ridotto i livelli di p24, espressione del gene Long Terminal Repeat (LTR) e infettività virale insieme a un'inibizione del TNF-α e alla sovraregolazione di IL-13 (11).
È stato anche dimostrato che la quercetina inibisce l'attività RT non HIV in vitro, compresa la trascrittasi inversa della mieloblastosi aviaria (AMV-RT), il virus associato a Rous-2 (RAV-2-RT) e il virus della leucemia murina di Maloney (MMLV-RT) . La quercetina ha mostrato un'azione inibitoria dose-dipendente: a 50 μM, è stata raggiunta un'inibizione del 23% di AMV-RT e RAV-2-RT ea 10 μM di inibizione di MMLV-RT nei mammiferi di quasi il 60% (14). L'HIV-RT è stato completamente inibito a 2 μg / ml di quercetina in una modalità parzialmente competitiva (76). Si ritiene che questi effetti antivirali della quercetina siano correlati ai cinque gruppi idrossilici su 3, 3 ′, 4 ′, 5 e 7 poiché l'attività inibitoria è inferiore per baicaleina, quercetagetina o luteolina che mancano di questi gruppi (75).
È interessante notare che Harakeh et al. ha studiato l'effetto dose-dipendente dell'acido ascorbico (0-150 μg / ml) sui linfociti T infettati da HIV in vitro e ha riportato che> 99% di trascrittasi inversa e quasi> 90% di soppressione dell'antigene p24 e un'inibizione del 93% della formazione di sincizi, un marker che correla con l'infettività virale e gli effetti citopatici (82).
INIBIZIONE DELLE PROTEASI
La quercetina è un potente inibitore della proteasi dell'HIV in vitro, con una IC50 di 58.8 μM (83). L'attività catalitica della serina proteasi NS3 del virus dell'epatite C (HCV) è stata direttamente inibita dal trattamento con quercetina in modo dose-dipendente (inibizione di NS3 al 95% a 1,25 mg / ml); in questo studio la quercetina ha bloccato la produzione di RNA del virus e ha impedito la replicazione del virus del 70% a 72 ore senza influenzare la vitalità cellulare (13).
BLOCCO DEL GRUPPO VIRUS
Il trattamento con quercetina inibisce la replicazione dell'HCV (84). Questo effetto è attribuito alla sua capacità di modulare l'espressione di Heat Shock Protein (HSP), impedendo così il legame cruciale tra il fattore di shock termico e gli elementi (HSF-HSE) necessari per la trascrizione indotta dallo stress dei geni dello stress (85, 86). La quercetina ha ridotto HSP70 e HSP40, impedendo così la formazione di complessi proteici non strutturali 5A (NS5A-HSP70 e NS5A-HSP40) necessari per l'apparato di replicazione del genoma dell'HCV attraverso il sito di ingresso del ribosoma interno (IRES). Nonostante il titolo HCV inalterato, la produzione di particelle infettive è diminuita, cosa interessante più dal trattamento con quercetina che dal knockdown dell'HSP, mostrando una relazione dose-dipendente: a 0,5 μM la quercetina ha ridotto la produzione virale del 29%, a 5 μM del 90% e a 50 μM di quasi il 100% (84).
PROPRIETÀ IMMUNOMODULATORIE
La quercetina stimola le cellule T helper a produrre l'interferone γ derivato da (Th-1) (IFN- γ) e sottoregola IL-4 derivato da Th2 quando aggiunto a cellule mononucleate periferiche di sangue in coltura (11). Studi di immunonutrizione nei topi con polifenoli supplementari, compresa la quercetina, hanno mostrato una maggiore attività litica delle cellule NK, chemiotassi dei neutrofili e proliferazione dei linfociti (87, 88).
I fibroblasti umani del prepuzio (HFF) e le cellule endoteliali (EC) pretrattate con 2-fosfo-ascorbato (ASC-2P) hanno resistito all'infezione da CMV; hanno mostrato una riduzione degli antigeni immediati e tardivi e la produzione virale è stata inibita di 50-100 volte negli EC e 100-1.000 volte nell'HFF (89). Questo effetto non dipendeva da una presenza prolungata di ASC-2P, ma veniva abolito se l'ASC2-P veniva aggiunto dopo l'infezione virale, indicando un effetto immunomodulatore, piuttosto che direttamente antivirale. Modelli animali con topi gulo (- / -) insufficienti in vitamina C, quando infettati con 20 unità di emoagglutinazione (HAU) dell'influenza H3N2 hanno mostrato esiti peggiori rispetto al tipo selvatico e Gulo (- / -) sufficiente in vitamina C (90). Gulo (- / -) ha mostrato una riduzione di IFN-α / β mentre mostrava livelli più elevati di IL1α, TNF-α e IL-1B. Quando i topi Gulo (- / -) hanno ricevuto vitamina C supplementare, questi profili di espressione delle citochine sono stati persi.
I pazienti con infezione acuta di Epstein-Barr (EBV) trattati con dosi elevate di vitamina C per via
endovenosa (7,5–50 g) hanno mostrato livelli inferiori di EBV-IgG (mentre i livelli di anticorpi IgM anti-EBV VCA erano correlati negativamente all'aumento della concentrazione plasmatica di ascorbato (91). I pazienti con mielopatia associata a HTLV-1 / paraparesi spastica tropicale HAM / TSP sono stati tutti trattati con successo con 35-40 mg / kg di vitamina C per via orale per 3-5 giorni nonostante non ci fossero cambiamenti nel titolo sierico di anticorpi HTLV-1 o CSF HTLV-1, indicando un effetto immunomodulativo (92). Di questi pazienti, 4 sono stati sottoposti a uno studio on-off con vitamina C che ha dimostrato una "relazione dose-risposta positiva con sintomi neurologici". Uno studio prospettico separato in un numero diverso di terapie ha indicato che la vitamina C ha migliorato gradi di disabilità in HAM / TSP nel 20% dei pazienti (93). È stato quindi dimostrato che l'acido ascorbico ad alte dosi mostrava effetti antiproliferativi (diminuzione del 95% della linfoproliferazione) e immunomodulatori (attraverso la riduzione di TNF-α, IFNγ, IL-6 e p19) nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) estratte da pazienti HAM + e linee cellulari T helper.
La somministrazione di vitamina C è stata correlata alla maggiore produzione di interferone ed è stata studiata per il suo possibile utilizzo per la prevenzione del fallimento del vaccino. La vaccinazione antirabbica, quando integrata con 2 g di vitamina C per via orale per ciascuna delle 3 iniezioni, ha provocato, a 24 ore, un aumento dei livelli sierici di IFN-α, indicando che "la vitamina C è un efficace stimolatore della produzione di interferone" (94). I topi che seguivano una dieta ad libitum contenente vitamina C aumentavano l'induzione dell'interferone (62–145%) a seconda del titolo virale di inoculazione (95), e l'L-ascorbato aggiunto alle linee cellulari di topo stimolate aumenta la sintesi dell'interferone (96). Bassi livelli di vitamina C, infatti, sono stati correlati a una fosforilazione insufficiente dei trasduttori di segnale e all'attivazione della trascrizione (STAT), che rappresentano un processo di segnalazione cruciale degli IFN (97). In particolare, le cellule T di topi carenti di vitamina C mostrano difetti nella fosforilazione di STAT3 (90).
FOCUS SU SARS-COV-2
La quercetina è stata studiata per il suo possibile effetto antivirale su diversi membri della famiglia Coronaviridae e, come menzionato da Ling Yi e colleghi, "la quercetina offre grandi promesse come potenziale farmaco nel trattamento clinico della SARS" (98). Il SARS-Coronavirus, descritto nel 2003 (99), è un virus a RNA a filamento singolo di ~ 29.700 nucleotidi, che utilizza siti ribosomiali per codificare due glicoproteine replicasi, PP1a e PP1b, che mediano la replicazione virale (99, 100). Una volta sintetizzate queste glicoproteine precursori, la proteasi simile a 3C (3CLpro) gioca un ruolo fondamentale nel rilascio litico dei suoi replicati (101). La quercetina-3β-galattoside lega la proteasi SARS-Cov 3CL e inibisce la sua attività proteolitica con una IC50 di 42,79 ± 4,95 μM (102). Questa azione inibitoria su 3CLpro dipende dal gruppo idrossile della quercetina che, come mostrato attraverso la modellazione molecolare e la mutazione Q189A, riconosce in Gln189 un sito cruciale su 3CLpro responsabile del legame della quercetina (102). La quercetina è stata anche identificata come un composto in grado di bloccare l'ingresso di SARS-Coronavirus nelle cellule Vero E6 con una concentrazione semi-efficace (EC50) di 83,4 μM e con bassa citotossicità (CC50 3,32 mM) (98).
SARS-CoV-2, il virus responsabile della pandemia 2020 COVID-19 (103), appartiene al genere
Betacoronavirus e al sottogenere Sarbecovirus e, a causa del suo simile dominio di legame al recettore, si presume, analogamente a SARS-CoV, infettare gli pneumociti di tipo II che entrano attraverso il recettore dell'enzima di conversione dell'angiotensina II (104). La proteasi 3CL SARS-Cov-2 mantiene lo stesso sito Gln189 (105) di SARS-Cov-3CLpro, che in precedenza era stato identificato come sito di legame per i gruppi idrossilici della quercetina e dei suoi derivati (102).
È interessante notare che uno studio in vitro sul trattamento con acido ascorbico su cellule dell'organo tracheale ciliato di embrione di pollo (CETO) ha promosso la resistenza all'infezione da Coronavirus ma non ha mostrato alcun effetto su orthomyxovirus o paramyxovirus (106).
Nonostante l'ampiezza e la profondità degli studi antivirali in vitro e in vivo sugli effetti immunomodulatori della somministrazione di quercetina e vitamina C, sono assolutamente necessari ulteriori studi per confermare le attività inibitorie della quercetina sull'ingresso del virus SARS-Cov-2, sulla RNA polimerasi e su altri enzimi virali del ciclo vitale necessari.
FARMACOCINETICA DELLA QUERCETINA
I glicosidi della quercetina somministrati per via orale vengono idrossilati dalle β-glucosidasi nell'intestino (107, 108). L'aglicone quercetina permea passivamente la barriera epiteliale intestinale mentre i glicosidi della quercetina vengono assorbiti attraverso il cotrasportatore intestinale sodio / glucosio-1 (109). La biodisponibilità della quercetina orale è estremamente variabile, raggiungendo valori dallo 0 al 50% (110). La quercetina può essere metabolizzata negli enterociti o negli epatociti formando composti glucuronidati, solfati o / e metilati (111). Infatti, quattro gruppi idrossilici su cinque della quercetina possono essere glucuronidati dall'UDP-glucuronosiltransferasi, formando i suoi principali metaboliti: quercetina-3glucuronide, 3'-metilquercetina-3-glucuronide e quercetina-3'-solfato (112). La distribuzione nel tessuto di ratto della quercetina somministrata per via orale a lungo termine (12 settimane) mostra la più alta concentrazione nei polmoni mentre i suini mostrano le più alte concentrazioni nel fegato e nei reni (113). Al contrario, la somministrazione a breve termine non mostra una distribuzione marcata, il che implica che gli effetti benefici della quercetina nella prevenzione dell'infezione virale respiratoria polmonare potrebbero essere massimizzati dalla somministrazione a lungo termine. Dopo 500 mg di quercetina orale, è stata trovata una concentrazione plasmatica massima di ~ 15 μg / L di aglicone quercetina (~ 50 nM, Tmax di 3 ore) e 450 μg / L di coniugati non metilati di quercetina (Tmax di 4 ore) (114) . La somministrazione endovenosa determina un'emivita di eliminazione di 0,7-2,4 ore con un volume di distribuzione allo stato stazionario compreso tra 6,2 e 92,6 L e una clearance corporea totale di 30 ore (110).
PROFILO SICURO E DOSAGGIO OTTIMALE
L'integrazione orale con quercetina fino a 1 g / die per 3 mesi non ha prodotto effetti avversi significativi (111). In uno studio randomizzato controllato con placebo, 30 pazienti con prostatite cronica sono stati integrati con quercetina orale (1 g / die) e hanno riportato solo due reazioni avverse lievi (cefalea e parestesia periferica temporanea) (115). La somministrazione endovenosa di quercetina in uno studio clinico di fase I su pazienti oncologici ha provocato nausea, vomito, sudorazione, vampate di calore e dispnea a dosi> 10,5 mg / Kg (756 mg per individuo di 70 Kg) (116). Solo dosi più elevate somministrate per via endovenosa fino a 51,3 mg / Kg (circa 3.591 mg per individuo) sono state associate a tossicità renale (111). La sicurezza dell'integrazione orale a base di quercetina durante la gravidanza e l'allattamento non è stata stabilita.
Abbiamo precedentemente descritto il profilo di sicurezza e le strategie di dosaggio della vitamina C (117). In base ai dati presentati sopra, proponiamo il seguente dosaggio ottimale (Tabella 1). Sono necessari ulteriori studi per esaminare e discutere la possibile somministrazione di quercetina per periodi di tempo prolungati (> 1 anno).
BIOLOGIA DELLA QUERCETINA
I composti flavonoidi, come la quercetina, sono stati inizialmente studiati per la loro attività biologica nell'influenzare la resistenza della parete capillare (19) e continuano ad essere studiati per i loro effetti sulla tensione vascolare (20). Gli integratori alimentari differiscono, ma spesso contengono la forma libera di quercetina - quercetina aglicone - con i numeri di codice nazionali dei farmaci della FDA 65448-3085, 65448-3005 (21). Una volta consumata, la quercetina passa prevalentemente inalterata nell'intestino crasso (22). La quercetina agisce come un scavenger di radicali liberi, donando due elettroni tramite ochinone / chinone methide (23); studi sia in vitro che in vivo (24, 25) implicano la quercetina come un potente antiossidante. Questa attività antiossidante può anche essere potenziata dalla vitamina C (26), come verrà discusso di seguito. C'è anche un interesse di lunga data significativo per l'attività antinfiammatoria della quercetina, poiché è stato suggerito come un mediatore chiave nell'elemento protettivo cardiovascolare della dieta “mediterranea” (27). Questo razionale biologico è secondario alla capacità di spazzamento dei radicali liberi della quercetina, insieme a diversi ruoli identificati in modelli in vitro e in vivo, tra cui: inibizione dell'aggregazione piastrinica (28), inibizione della perossidazione lipidica
(29) e suoi effetti inibitori sui mediatori pro-infiammatori come la lipossigenasi (30) e la fosfolipasi A2 (31). Questo effetto antinfiammatorio è mediato principalmente dall'attività flavonoide sul metabolismo dell'acido arachidonico e dalle vie associate leucotriene / prostaglandine. Inoltre, la 3-metil-quercetina, un metabolita della quercetina, mostra effetti stimolatori sulla frequenza del battito ciliare delle cellule epiteliali nasali, sia in vitro che in vivo, quando somministrata da sola o con un potenziatore
dell'assorbimento HP-β-CD (32). La quercetina influenza anche la funzione di diversi lipidi, proteine tirosina e serina / treonina chinasi (33, 34), come fosfatidilinositolo (PI) -3-chinasi e ossido nitrico sintasi inducibile (NOS2) (35, 36).
EFFETTI BENEFICI DELLA VITAMINA C E DELLA QUERCETINA NELLE INFEZIONI VIRALI
Esiste un'enorme quantità di letteratura a supporto delle proprietà antivirali della quercetina, sia in esperimenti in vitro che in vivo. La quercetina inibisce diversi virus respiratori nelle cellule in coltura (16, 37). Inibisce gli effetti citopatici provocati da molti sierotipi di rinovirus, echovirus (tipo 7, 11, 12 e 19), coxsackievirus (A21 e B1) e poliovirus (tipo 1 Sabin) a una concentrazione inibitoria minima da 0,03 a 0,5 μg / ml in cellule Hela o WI-38 (38). La quercetina riduce anche in modo significativo la formazione di placche da RNA e virus a DNA [virus respiratorio sinciziale (RSV), poliomielite di tipo 1, parainfluenza di tipo 3 e Herpes Simplex Virus-1 (HSV-1)] mostrando proprietà anti-infettive e anti-replicative (39). Inibisce la replicazione delle cellule HeLa inoculate da citomegalovirus (CMV) a una concentrazione dimezzata (IC50) di 3,2 ± 0,8 μM e con un indice di selettività (SI) di 22 (40). La replicazione del virus Dengue di tipo 2 (DENV2) nelle cellule Vero è inibita dalla quercetina a una IC50 di 35,7 μg / mL, causando una riduzione dell'RNA DENV-2 del 67%. Ciò è attribuito alla capacità della quercetina di bloccare l'ingresso del virus o di inibire gli enzimi di replicazione virale come le polimerasi virali (41).
Studi in vivo indicano che i topi inoculati con il virus della meningoencefalite sono protetti dall'infezione letale dalla quercetina (30 o 40 mg / Kg BID, PO, per 4 giorni) in maniera dose dipendente (42). Questi effetti benefici vengono aboliti se il composto viene somministrato per <3 giorni, una volta al giorno o tramite iniezione sottocutanea. Ciò potrebbe suggerire che gli effetti antivirali possano dipendere da una concentrazione inibitoria minima o da qualche forma di conversione metabolica del farmaco (42). Il trattamento con quercetina ha anche mostrato un effetto benefico nei topi immunocompetenti infettati dal virus Mengo, dove ha ridotto la gravità del danno d'organo (43). Gli atleti integrati con quercetina sono protetti dalla suscettibilità indotta dallo stress alle infezioni del tratto respiratorio superiore (44), che non era correlata all'immunomodulazione (45, 46).
La vitamina C è un nutriente essenziale coinvolto in una vasta gamma di funzioni immunitarie; la sua integrazione ha dimostrato effetti benefici in diversi tipi di infezioni virali. Livelli ridotti di ascorbato sono stati trovati in pazienti con infezioni virali (47), sepsi (48), ARDS correlata alla sepsi (49) e altre malattie critiche (50). Durante l'infezione, la vitamina C è necessaria per l'uccisione dei neutrofili (51), è concentrata nei macrofagi (52), è responsabile della maturazione delle cellule T (53) e promuove la fagocitosi e l'apoptosi dei neutrofili esauriti (4). Non sorprende, quindi, che le infezioni virali, a seconda della loro gravità, siano associate ad un aumento del metabolismo e alla riduzione dell'ascorbato circolante.
La vitamina C ha migliorato la sopravvivenza in diversi modelli murini di infezione letale. I topi infettati dal virus dell'encefalite venezuelana e trattati con vitamina C (50 mg / kg) mostrano la metà della mortalità dei controlli con riduzioni associate dei titoli virali, dei prodotti di perossidazione lipidica e del contenuto di NO (54). I topi incapaci di sintetizzare la vitamina C (valori nulli della L-Gulono-gamma-lattone ossidasi) sono stati infettati dall'influenza; i topi che non ricevevano vitamina C supplementare mostravano punteggi di patologia polmonare maggiori nonostante nessuna differenza nei titoli virali (55). Nei topi sottoposti a stress di contenzione con polmonite indotta da virus H1N1, la vitamina C ha ridotto la mortalità in modo dose-dipendente (100% vs. 80% vs. 50% a 0, 125 e 250 mg / kg / die) e ridotto il danno strutturale capillarealveolare (56). I topi inoculati con Rabbia + cellule cerebrali di topo e trattati con 100 mg / kg giornalieri di vitamina C IM hanno mostrato quasi la metà della mortalità dei controlli (57).
L'unico studio sull'uomo sulla vitamina C è stato condotto su soldati dell'URSS con una grave infezione virale che indicava l'integrazione di vitamina C (300 mg / die) protetta dalla polmonite associata all'influenza ed era associata a degenze ospedaliere più brevi (58).
La somministrazione di vitamina C (iv 5 g / die due volte / settimana) nei pazienti con herpes zoster ha mostrato una minore incidenza di nevralgia posterpetica (31,1% vs. 57,1%) e alla fine dello studio
(settimana 16) c'era un punteggio del dolore inferiore nel trattamento gruppo (0,64 +/- 0,9 contro 1,98 +/- 0,7) (59). La vitamina C somministrata a 1 g BID a 133 pazienti, ha ridotto il rischio (OR 0,25) di recidiva di cheratite da herpes simplex (HSK) (60), in accordo con studi precedenti che indicavano una ridotta disponibilità di ascorbato nell'occhio (61). È interessante notare che un numero crescente di casi clinici di sindromi da distress respiratorio acuto (ARDS) correlate a virus indicano un trattamento efficace con alte dosi endovenose di vitamina C (62, 63).
La co-somministrazione di quercetina (12,5 mg / kg / settimana) e vitamina C e B3 in un modello murino di suscettibilità indotta dall'esercizio all'influenza H1N1 ha prolungato il tempo alla morte (tempo mediano alla morte: placebo 9,0 ± 0,33 vs. quercetina 16,5 ± 1.2) e una migliore sopravvivenza (mortalità: placebo 74% vs quercetina 52%) rispetto ai topi che ricevevano solo vitamine B3 e C (64). Un vecchio e piccolo studio clinico ha identificato la combinazione di flavonoidi e acido ascorbico (rapporto 1: 1) come benefica per le infezioni respiratorie (200 mg TID) (65).
INIBIZIONE DELL'INGRESSO DI VIRUS
L'ingresso cellulare è un passaggio cruciale durante l'infezione virale ed è stato studiato come potenziale bersaglio di trattamenti antivirali (66-68). In un modello in vitro di infezione influenzale H1N1 e H3N2 delle cellule MDCK, la quercetina ha dimostrato un ridotto effetto citopatico 48 ore dopo l'infezione (69). Questo effetto è stato osservato quando la quercetina è stata somministrata durante l'ingresso virale (0–2 h), era massima con il pretrattamento della quercetina e dipendeva dalla capacità della quercetina di legare le proteine emoagglutinina (HA). In particolare, la quercetina ha legato (dose-dipendente) la subunità HA responsabile della fusione della membrana durante l'ingresso del virus e l'emolisi mediata dal virus (69). In vitro, il pretrattamento con quercetina (10 μM) ha inibito la virulenza, l'ingresso e la replicazione del Rhinovirus (RV) nelle cellule BEAS-2B tramite meccanismi multipli: ha impedito l'endocitosi del RV anche se indirizzando erroneamente la localizzazione EEA1 -un marcatore endosomiale precoce- e inibendo la fosforilazione di AKT con successiva riduzione di 3 volte della carica virale a 24 h, abbassando l'RNA del filamento negativo e modulando l'espressione dell'interferone (IFN) e dell'IL-8 (70). Questi risultati sono stati confermati in vivo, con una concentrazione plasmatica inferiore stimata di quercetina (nM) (analogamente ad altri studi (71-73)) durante la quale la quercetina ha ridotto l'RV-RNA 1 giorno dopo l'infezione, modulato KC, MIP-2, TNF-a e MCP-2, ridotta iper-reattività delle vie aeree indotta da virus e IFN modulati (IFN-α e IFN-λ2) (70).
INTERFERENDO CON DNA E RNA POLIMERASI
Gli effetti antivirali in vitro della quercetina sugli herpesvirus (HSV-1, 2) e sugli adenovirus (ADV-3, -8, -11) suggeriscono l'inibizione della replicazione virale allo stadio iniziale in maniera dose-dipendente (per HSV1100 inibizione 60 mg / L) (16, 74), nonché l'inibizione del DNA virale e dell'RNA polimerasi (12, 75, 76). Nelle cellule renali embrionali umane (HEK), inoculate con poliomielite, la 3-metilquercetina ha interrotto la formazione di placche mentre la quercetina stessa ha dimostrato questi effetti quando somministrata insieme alla vitamina C (77). Infatti, la vitamina C (D- o L-ascorbato ma non deidroascorbato), ha impedito la degradazione spontanea della quercetina suggerendo la co-somministrazione necessaria con l'ascorbato per esercitare il suo effetto antivirale. Gli effetti benefici della 3-metilquercetina (10 μM) sono stati esercitati principalmente quando il composto è stato somministrato 1-2 ore dopo l'infezione da poliovirus nelle cellule di Hela, inibendo le proteine virali e la sintesi dell'RNA in modo dose dipendente (78). Infatti, la 3-metil-quercetina è stata identificata come una molecola in grado di legare le proteine essenziali richieste durante la trascrizione da RNA a filamento negativo in RNA a polarità positiva, interferendo così con la replicazione citoplasmatica dell'RNA virale (79).
In uno studio in vivo, un metabolita della quercetina (4 ′, 5-diacetil-3, Y, 7-trimetil-quercetina), somministrato per via orale BID per 4 giorni, ha protetto i topi contro l'infezione letale da virus Coxsackie, promuovendo la sopravvivenza in una dose-risposta scala: 10, 20 e 40 mg / kg hanno aumentato la sopravvivenza rispettivamente del 30, 40 e 50% (38). Questi effetti benefici sono stati attribuiti a una completa inibizione della replicazione del virus quando il composto è stato aggiunto entro 2 ore dall'assorbimento del virus e correlato al blocco del complesso RNA polimerasi, come dimostrato in vitro (38).
INIBIZIONE DELLA TRASCRITTASI INVERSA
La quercetina è stata studiata in vitro come agente antivirale per l'HIV grazie alla sua capacità di inibire enzimi cruciali: trascrittasi inversa (RT), integrasi (IN) e proteasi (PR) (80). La quercetina riduce significativamente la replicazione virale dell'HIV (81) e, se aggiunta a cellule mononucleate del sangue periferico (PBMNc) infette da HIV e rispetto ai controlli infetti da HIV, la quercetina ha ridotto i livelli di p24, espressione del gene Long Terminal Repeat (LTR) e infettività virale insieme a un'inibizione del TNF-α e alla sovraregolazione di IL-13 (11).
È stato anche dimostrato che la quercetina inibisce l'attività RT non HIV in vitro, compresa la trascrittasi inversa della mieloblastosi aviaria (AMV-RT), il virus associato a Rous-2 (RAV-2-RT) e il virus della leucemia murina di Maloney (MMLV-RT) . La quercetina ha mostrato un'azione inibitoria dose-dipendente: a 50 μM, è stata raggiunta un'inibizione del 23% di AMV-RT e RAV-2-RT ea 10 μM di inibizione di MMLV-RT nei mammiferi di quasi il 60% (14). L'HIV-RT è stato completamente inibito a 2 μg / ml di quercetina in una modalità parzialmente competitiva (76). Si ritiene che questi effetti antivirali della quercetina siano correlati ai cinque gruppi idrossilici su 3, 3 ′, 4 ′, 5 e 7 poiché l'attività inibitoria è inferiore per baicaleina, quercetagetina o luteolina che mancano di questi gruppi (75).
È interessante notare che Harakeh et al. ha studiato l'effetto dose-dipendente dell'acido ascorbico (0-150 μg / ml) sui linfociti T infettati da HIV in vitro e ha riportato che> 99% di trascrittasi inversa e quasi> 90% di soppressione dell'antigene p24 e un'inibizione del 93% della formazione di sincizi, un marker che correla con l'infettività virale e gli effetti citopatici (82).
INIBIZIONE DELLE PROTEASI
La quercetina è un potente inibitore della proteasi dell'HIV in vitro, con una IC50 di 58.8 μM (83). L'attività catalitica della serina proteasi NS3 del virus dell'epatite C (HCV) è stata direttamente inibita dal trattamento con quercetina in modo dose-dipendente (inibizione di NS3 al 95% a 1,25 mg / ml); in questo studio la quercetina ha bloccato la produzione di RNA del virus e ha impedito la replicazione del virus del 70% a 72 ore senza influenzare la vitalità cellulare (13).
BLOCCO DEL GRUPPO VIRUS
Il trattamento con quercetina inibisce la replicazione dell'HCV (84). Questo effetto è attribuito alla sua capacità di modulare l'espressione di Heat Shock Protein (HSP), impedendo così il legame cruciale tra il fattore di shock termico e gli elementi (HSF-HSE) necessari per la trascrizione indotta dallo stress dei geni dello stress (85, 86). La quercetina ha ridotto HSP70 e HSP40, impedendo così la formazione di complessi proteici non strutturali 5A (NS5A-HSP70 e NS5A-HSP40) necessari per l'apparato di replicazione del genoma dell'HCV attraverso il sito di ingresso del ribosoma interno (IRES). Nonostante il titolo HCV inalterato, la produzione di particelle infettive è diminuita, cosa interessante più dal trattamento con quercetina che dal knockdown dell'HSP, mostrando una relazione dose-dipendente: a 0,5 μM la quercetina ha ridotto la produzione virale del 29%, a 5 μM del 90% e a 50 μM di quasi il 100% (84).
PROPRIETÀ IMMUNOMODULATORIE
La quercetina stimola le cellule T helper a produrre l'interferone γ derivato da (Th-1) (IFN- γ) e sottoregola IL-4 derivato da Th2 quando aggiunto a cellule mononucleate periferiche di sangue in coltura (11). Studi di immunonutrizione nei topi con polifenoli supplementari, compresa la quercetina, hanno mostrato una maggiore attività litica delle cellule NK, chemiotassi dei neutrofili e proliferazione dei linfociti (87, 88).
I fibroblasti umani del prepuzio (HFF) e le cellule endoteliali (EC) pretrattate con 2-fosfo-ascorbato (ASC-2P) hanno resistito all'infezione da CMV; hanno mostrato una riduzione degli antigeni immediati e tardivi e la produzione virale è stata inibita di 50-100 volte negli EC e 100-1.000 volte nell'HFF (89). Questo effetto non dipendeva da una presenza prolungata di ASC-2P, ma veniva abolito se l'ASC2-P veniva aggiunto dopo l'infezione virale, indicando un effetto immunomodulatore, piuttosto che direttamente antivirale. Modelli animali con topi gulo (- / -) insufficienti in vitamina C, quando infettati con 20 unità di emoagglutinazione (HAU) dell'influenza H3N2 hanno mostrato esiti peggiori rispetto al tipo selvatico e Gulo (- / -) sufficiente in vitamina C (90). Gulo (- / -) ha mostrato una riduzione di IFN-α / β mentre mostrava livelli più elevati di IL1α, TNF-α e IL-1B. Quando i topi Gulo (- / -) hanno ricevuto vitamina C supplementare, questi profili di espressione delle citochine sono stati persi.
I pazienti con infezione acuta di Epstein-Barr (EBV) trattati con dosi elevate di vitamina C per via
endovenosa (7,5–50 g) hanno mostrato livelli inferiori di EBV-IgG (mentre i livelli di anticorpi IgM anti-EBV VCA erano correlati negativamente all'aumento della concentrazione plasmatica di ascorbato (91). I pazienti con mielopatia associata a HTLV-1 / paraparesi spastica tropicale HAM / TSP sono stati tutti trattati con successo con 35-40 mg / kg di vitamina C per via orale per 3-5 giorni nonostante non ci fossero cambiamenti nel titolo sierico di anticorpi HTLV-1 o CSF HTLV-1, indicando un effetto immunomodulativo (92). Di questi pazienti, 4 sono stati sottoposti a uno studio on-off con vitamina C che ha dimostrato una "relazione dose-risposta positiva con sintomi neurologici". Uno studio prospettico separato in un numero diverso di terapie ha indicato che la vitamina C ha migliorato gradi di disabilità in HAM / TSP nel 20% dei pazienti (93). È stato quindi dimostrato che l'acido ascorbico ad alte dosi mostrava effetti antiproliferativi (diminuzione del 95% della linfoproliferazione) e immunomodulatori (attraverso la riduzione di TNF-α, IFNγ, IL-6 e p19) nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) estratte da pazienti HAM + e linee cellulari T helper.
La somministrazione di vitamina C è stata correlata alla maggiore produzione di interferone ed è stata studiata per il suo possibile utilizzo per la prevenzione del fallimento del vaccino. La vaccinazione antirabbica, quando integrata con 2 g di vitamina C per via orale per ciascuna delle 3 iniezioni, ha provocato, a 24 ore, un aumento dei livelli sierici di IFN-α, indicando che "la vitamina C è un efficace stimolatore della produzione di interferone" (94). I topi che seguivano una dieta ad libitum contenente vitamina C aumentavano l'induzione dell'interferone (62–145%) a seconda del titolo virale di inoculazione (95), e l'L-ascorbato aggiunto alle linee cellulari di topo stimolate aumenta la sintesi dell'interferone (96). Bassi livelli di vitamina C, infatti, sono stati correlati a una fosforilazione insufficiente dei trasduttori di segnale e all'attivazione della trascrizione (STAT), che rappresentano un processo di segnalazione cruciale degli IFN (97). In particolare, le cellule T di topi carenti di vitamina C mostrano difetti nella fosforilazione di STAT3 (90).
FOCUS SU SARS-COV-2
La quercetina è stata studiata per il suo possibile effetto antivirale su diversi membri della famiglia Coronaviridae e, come menzionato da Ling Yi e colleghi, "la quercetina offre grandi promesse come potenziale farmaco nel trattamento clinico della SARS" (98). Il SARS-Coronavirus, descritto nel 2003 (99), è un virus a RNA a filamento singolo di ~ 29.700 nucleotidi, che utilizza siti ribosomiali per codificare due glicoproteine replicasi, PP1a e PP1b, che mediano la replicazione virale (99, 100). Una volta sintetizzate queste glicoproteine precursori, la proteasi simile a 3C (3CLpro) gioca un ruolo fondamentale nel rilascio litico dei suoi replicati (101). La quercetina-3β-galattoside lega la proteasi SARS-Cov 3CL e inibisce la sua attività proteolitica con una IC50 di 42,79 ± 4,95 μM (102). Questa azione inibitoria su 3CLpro dipende dal gruppo idrossile della quercetina che, come mostrato attraverso la modellazione molecolare e la mutazione Q189A, riconosce in Gln189 un sito cruciale su 3CLpro responsabile del legame della quercetina (102). La quercetina è stata anche identificata come un composto in grado di bloccare l'ingresso di SARS-Coronavirus nelle cellule Vero E6 con una concentrazione semi-efficace (EC50) di 83,4 μM e con bassa citotossicità (CC50 3,32 mM) (98).
SARS-CoV-2, il virus responsabile della pandemia 2020 COVID-19 (103), appartiene al genere
Betacoronavirus e al sottogenere Sarbecovirus e, a causa del suo simile dominio di legame al recettore, si presume, analogamente a SARS-CoV, infettare gli pneumociti di tipo II che entrano attraverso il recettore dell'enzima di conversione dell'angiotensina II (104). La proteasi 3CL SARS-Cov-2 mantiene lo stesso sito Gln189 (105) di SARS-Cov-3CLpro, che in precedenza era stato identificato come sito di legame per i gruppi idrossilici della quercetina e dei suoi derivati (102).
È interessante notare che uno studio in vitro sul trattamento con acido ascorbico su cellule dell'organo tracheale ciliato di embrione di pollo (CETO) ha promosso la resistenza all'infezione da Coronavirus ma non ha mostrato alcun effetto su orthomyxovirus o paramyxovirus (106).
Nonostante l'ampiezza e la profondità degli studi antivirali in vitro e in vivo sugli effetti immunomodulatori della somministrazione di quercetina e vitamina C, sono assolutamente necessari ulteriori studi per confermare le attività inibitorie della quercetina sull'ingresso del virus SARS-Cov-2, sulla RNA polimerasi e su altri enzimi virali del ciclo vitale necessari.
FARMACOCINETICA DELLA QUERCETINA
I glicosidi della quercetina somministrati per via orale vengono idrossilati dalle β-glucosidasi nell'intestino (107, 108). L'aglicone quercetina permea passivamente la barriera epiteliale intestinale mentre i glicosidi della quercetina vengono assorbiti attraverso il cotrasportatore intestinale sodio / glucosio-1 (109). La biodisponibilità della quercetina orale è estremamente variabile, raggiungendo valori dallo 0 al 50% (110). La quercetina può essere metabolizzata negli enterociti o negli epatociti formando composti glucuronidati, solfati o / e metilati (111). Infatti, quattro gruppi idrossilici su cinque della quercetina possono essere glucuronidati dall'UDP-glucuronosiltransferasi, formando i suoi principali metaboliti: quercetina-3glucuronide, 3'-metilquercetina-3-glucuronide e quercetina-3'-solfato (112). La distribuzione nel tessuto di ratto della quercetina somministrata per via orale a lungo termine (12 settimane) mostra la più alta concentrazione nei polmoni mentre i suini mostrano le più alte concentrazioni nel fegato e nei reni (113). Al contrario, la somministrazione a breve termine non mostra una distribuzione marcata, il che implica che gli effetti benefici della quercetina nella prevenzione dell'infezione virale respiratoria polmonare potrebbero essere massimizzati dalla somministrazione a lungo termine. Dopo 500 mg di quercetina orale, è stata trovata una concentrazione plasmatica massima di ~ 15 μg / L di aglicone quercetina (~ 50 nM, Tmax di 3 ore) e 450 μg / L di coniugati non metilati di quercetina (Tmax di 4 ore) (114) . La somministrazione endovenosa determina un'emivita di eliminazione di 0,7-2,4 ore con un volume di distribuzione allo stato stazionario compreso tra 6,2 e 92,6 L e una clearance corporea totale di 30 ore (110).
PROFILO SICURO E DOSAGGIO OTTIMALE
L'integrazione orale con quercetina fino a 1 g / die per 3 mesi non ha prodotto effetti avversi significativi (111). In uno studio randomizzato controllato con placebo, 30 pazienti con prostatite cronica sono stati integrati con quercetina orale (1 g / die) e hanno riportato solo due reazioni avverse lievi (cefalea e parestesia periferica temporanea) (115). La somministrazione endovenosa di quercetina in uno studio clinico di fase I su pazienti oncologici ha provocato nausea, vomito, sudorazione, vampate di calore e dispnea a dosi> 10,5 mg / Kg (756 mg per individuo di 70 Kg) (116). Solo dosi più elevate somministrate per via endovenosa fino a 51,3 mg / Kg (circa 3.591 mg per individuo) sono state associate a tossicità renale (111). La sicurezza dell'integrazione orale a base di quercetina durante la gravidanza e l'allattamento non è stata stabilita.
Abbiamo precedentemente descritto il profilo di sicurezza e le strategie di dosaggio della vitamina C (117). In base ai dati presentati sopra, proponiamo il seguente dosaggio ottimale (Tabella 1). Sono necessari ulteriori studi per esaminare e discutere la possibile somministrazione di quercetina per periodi di tempo prolungati (> 1 anno).
Tabella 1. Approccio multi-farmaco proposto sia per la profilassi per la popolazione ad alto rischio, sia per il trattamento di casi lievi e gravi.
AZIONE ANTIVIRALE SINERGICA
La quercetina si ossida spontaneamente per formare O-semiquinone e O-chinone / chinone methide (QQ),
che possono legare i tioli proteici formando composti tossici (118). Questo processo di effetti sia antiossidanti che pro-ossidanti è stato chiamato il "paradosso della quercetina" (119). Tuttavia, QQ può essere riciclato in quercetina da donatori di elettroni come NADH o ascorbato, o formare insieme, con glutatione, 6-glutationil-quercetina o 8-glutationil-quercetina (GSQ) (107, 120). È importante sottolineare che se i livelli di ascorbato o glutatione sono insufficienti, la quercetina può essere deviata a QQ ed esercitare effetti proossidanti. Pertanto, sottolineiamo l'importanza della sua co-somministrazione con vitamina C (121, 122). Tuttavia, anche se QQ mostra una maggiore affinità per il glutatione rispetto alla vitamina C (121), i metaboliti metilati della quercetina mostrano una maggiore preferenza per l'ascorbato che per i tioli, suggerendo un ciclo di attività che eserciterà effetti antiossidanti (Figura 2) (123). Inoltre, sia i GSQ (124) che i tioli della proteina QQ si sono dimostrati instabili e transitori - durano minuti e ore invece che giorni - suggerendo una sovrastima della tossicità in vitro proposta (125).
AZIONE ANTIVIRALE SINERGICA
La quercetina si ossida spontaneamente per formare O-semiquinone e O-chinone / chinone methide (QQ),
che possono legare i tioli proteici formando composti tossici (118). Questo processo di effetti sia antiossidanti che pro-ossidanti è stato chiamato il "paradosso della quercetina" (119). Tuttavia, QQ può essere riciclato in quercetina da donatori di elettroni come NADH o ascorbato, o formare insieme, con glutatione, 6-glutationil-quercetina o 8-glutationil-quercetina (GSQ) (107, 120). È importante sottolineare che se i livelli di ascorbato o glutatione sono insufficienti, la quercetina può essere deviata a QQ ed esercitare effetti proossidanti. Pertanto, sottolineiamo l'importanza della sua co-somministrazione con vitamina C (121, 122). Tuttavia, anche se QQ mostra una maggiore affinità per il glutatione rispetto alla vitamina C (121), i metaboliti metilati della quercetina mostrano una maggiore preferenza per l'ascorbato che per i tioli, suggerendo un ciclo di attività che eserciterà effetti antiossidanti (Figura 2) (123). Inoltre, sia i GSQ (124) che i tioli della proteina QQ si sono dimostrati instabili e transitori - durano minuti e ore invece che giorni - suggerendo una sovrastima della tossicità in vitro proposta (125).
Figura 2. Dopo aver esercitato le sue proprietà di scavenging, la quercetina viene ossidata nei suoi prodotti reattivi o-semiquinone e o-chinone / chinone methide (QQ). Questi composti possono essere riciclati da antiossidanti come l'ascorbato o NADH o rimossi dal glutatione. Se i livelli di ascorbato o glutatione sono ridotti, QQ può legare i tioli proteici producendo composti tossici transitori. Creato con ChemDoodle Web con autorizzazione (18).
Le concentrazioni sovrafisiologiche di ascorbato ottenute con somministrazione endovenosa (i.v.3 gr q6) sono in grado di eliminare i radicali liberi e donare elettroni, prevenendo l'ossidazione della quercetina o del glutatione. In questo scenario, l'ascorbato può esercitare effetti antiossidanti e immunoprotettivi, la quercetina ei suoi metaboliti esercitano una risposta antivirale simultanea e, se si formano composti ossidati dalla quercetina, possono essere parzialmente riciclati dall'ascorbato e trasportati dal glutatione, prevenendone così la possibile tossicità.
DISCUSSIONE
Un approccio multi-farmaco con quercetina e vitamina C può interrompere l'ingresso, la replicazione, l'attività e l'assemblaggio del virus e contemporaneamente rafforzare la risposta immunitaria promuovendo la produzione precoce di IFN, modulando le interleuchine, promuovendo la maturazione delle cellule T e l'attività fagocitica. La co-somministrazione di quercetina e acido ascorbico rappresenta una strategia sperimentale per la profilassi e il trattamento di diversi virus respiratori, come SARS-CoV-2. Il blocco dell'ingresso del virus rappresenta una strategia chiave e la quercetina impedisce la fusione della membrana virale sia per l'influenza che per la SARS-Cov in vitro (98). La quercetina colpisce anche le polimerasi virali e può interrompere la replicazione tramite l'inibizione degli enzimi della trascrittasi inversa. La quercetina inibisce ulteriormente la proteasi 3CL della SARS legandosi al suo sito GLN189 (102), che è espresso in modo simile da SARS-COV-2 (105) e fornisce un razionale meccanicistico diretto per il suo uso clinico sperimentale, oltre al suo immunostimolante e antinfiammatorio Azioni. Nonostante i limiti della ricerca in vitro, è interessante notare che i pochi modelli in vivo qui esaminati indicano una maggiore sopravvivenza da infezioni virali letali quando trattati con quercetina (42, 64). Alcuni studi suggeriscono che la somministrazione orale e l'elaborazione metabolica (metilazione, coniugazione, ecc.) Sono necessarie e hanno identificato i derivati della quercetina, che mostrano una Tmax variabile, come responsabili di un'attività antivirale cooperativa (126-128).
La vitamina C esercita attività immunomodulante, aumentando la produzione di interferone attraverso la fosforilazione STAT3 (90), limitando il danno d'organo indotto dalle citochine (55), promuovendo la sopravvivenza nelle infezioni letali (54) e, soprattutto, è in grado di riciclare la quercetina ossidata (120), migliorandone effetti antivirali. L'infezione da virus SARS-Cov-2 può avviare una forte reazione infiammatoria e disregolata nel polmone con livelli aumentati di IL-6 e una "tempesta di citochine" (129) che ha dimostrato di provocare infezioni asintomatiche, lievi o gravi Questa disregolazione delle citochine può essere associata a trappole extracellulari dei neutrofili (130) e ad alterazioni dell'attività delle cellule T
(131). Queste alterazioni immunologiche che hanno caratterizzato la nostra attuale comprensione del Covid-19 suggeriscono che gli agenti che prendono di mira la modulazione immunitaria, piuttosto che l'attività viricida diretta, possono presentare interessanti bersagli per l'intervento farmacologico. In questo scenario, la co-somministrazione di vitamina C e quercetina può rappresentare un approccio antivirale e immunomodulante sicuro, efficace ed economico sia per la profilassi delle popolazioni ad alto rischio che per il trattamento di casi sia lievi che gravi.
È stato inoltre dimostrato costantemente che mostrano eccellenti profili di sicurezza e una considerazione dei rischi e dei benefici nel loro potenziale terapeutico dovrebbe essere inserita in questo contesto. La vitamina C è un integratore ampiamente disponibile che molti milioni di persone usano già e abbiamo evidenziato le sue proprietà antivirali in combinazione con la quercetina. A causa del suo uso su larga scala, la vitamina C in particolare sarebbe un intervento economico con cui accertare l'efficacia di questi composti come intervento profilattico. L'uso profilattico di integratori vitaminici da banco per combattere le infezioni è un comportamento con cui molte persone si impegnano già. La ricerca sulla potenziale somministrazione profilattica di vitamina C e quercetina nei gruppi ad alto rischio è quindi giustificata.
L'eccellente profilo di effetti collaterali di questi agenti suggerirebbe anche che possano integrare gli interventi che hanno mostrato potenziali benefici nel trattamento del Covid-19, come Remdesivir (132) e plasma convalescente (133, 134), che riteniamo ne garantisca l'uso sperimentale test clinici.
Esistono potenziali limitazioni del loro utilizzo negli studi clinici. Entrambi gli agenti sono presenti in varia misura nelle diete individuali e le raccomandazioni globali per l'assunzione di vitamina C variano ampiamente in tutto il mondo (135). Gli interventi profilattici nelle popolazioni generali all'interno della comunità saranno quindi confusi dalla quantità presente nelle diverse diete. Agenti come la vitamina C hanno anche effetti benefici ben caratterizzati oltre alle proprietà antivirali che abbiamo qui evidenziato. L'integrazione con questi agenti può quindi promuovere la salute generale e influenzare indirettamente la capacità degli individui di combattere le infezioni virali. Sebbene ciò ridurrebbe la capacità di identificare le proprietà antivirali dirette della vitamina C negli studi clinici, potrebbe avere benefici accessori nel promuovere la salute generale, che può essere particolarmente pertinente se somministrata in comunità con maggiore deprivazione o da paesi meno sviluppati economicamente.
CONCLUSIONE
La quercetina mostra una vasta gamma di proprietà antivirali che possono interferire in più fasi della virulenza del patogeno - ingresso del virus, replicazione del virus, assemblaggio delle proteine - e che questi effetti terapeutici possono essere aumentati dalla co-somministrazione di vitamina C. di gravi effetti collaterali e bassi costi, suggeriamo fortemente la somministrazione combinata di questi due composti sia per la profilassi che per il trattamento precoce delle infezioni del tratto respiratorio, in particolare compresi i pazienti COVID-19.
CONTRIBUTI DELL'AUTORE
Tutti gli autori elencati hanno dato un contributo sostanziale, diretto e intellettuale al lavoro e lo hanno approvato per la pubblicazione.
FINANZIAMENTO
Supportato dal programma CounterACT, National Institutes of Health Office of the Director (NIH OD) e National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) numero di concessione R21ES030528.
CONFLITTO D'INTERESSE
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.
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Le concentrazioni sovrafisiologiche di ascorbato ottenute con somministrazione endovenosa (i.v.3 gr q6) sono in grado di eliminare i radicali liberi e donare elettroni, prevenendo l'ossidazione della quercetina o del glutatione. In questo scenario, l'ascorbato può esercitare effetti antiossidanti e immunoprotettivi, la quercetina ei suoi metaboliti esercitano una risposta antivirale simultanea e, se si formano composti ossidati dalla quercetina, possono essere parzialmente riciclati dall'ascorbato e trasportati dal glutatione, prevenendone così la possibile tossicità.
DISCUSSIONE
Un approccio multi-farmaco con quercetina e vitamina C può interrompere l'ingresso, la replicazione, l'attività e l'assemblaggio del virus e contemporaneamente rafforzare la risposta immunitaria promuovendo la produzione precoce di IFN, modulando le interleuchine, promuovendo la maturazione delle cellule T e l'attività fagocitica. La co-somministrazione di quercetina e acido ascorbico rappresenta una strategia sperimentale per la profilassi e il trattamento di diversi virus respiratori, come SARS-CoV-2. Il blocco dell'ingresso del virus rappresenta una strategia chiave e la quercetina impedisce la fusione della membrana virale sia per l'influenza che per la SARS-Cov in vitro (98). La quercetina colpisce anche le polimerasi virali e può interrompere la replicazione tramite l'inibizione degli enzimi della trascrittasi inversa. La quercetina inibisce ulteriormente la proteasi 3CL della SARS legandosi al suo sito GLN189 (102), che è espresso in modo simile da SARS-COV-2 (105) e fornisce un razionale meccanicistico diretto per il suo uso clinico sperimentale, oltre al suo immunostimolante e antinfiammatorio Azioni. Nonostante i limiti della ricerca in vitro, è interessante notare che i pochi modelli in vivo qui esaminati indicano una maggiore sopravvivenza da infezioni virali letali quando trattati con quercetina (42, 64). Alcuni studi suggeriscono che la somministrazione orale e l'elaborazione metabolica (metilazione, coniugazione, ecc.) Sono necessarie e hanno identificato i derivati della quercetina, che mostrano una Tmax variabile, come responsabili di un'attività antivirale cooperativa (126-128).
La vitamina C esercita attività immunomodulante, aumentando la produzione di interferone attraverso la fosforilazione STAT3 (90), limitando il danno d'organo indotto dalle citochine (55), promuovendo la sopravvivenza nelle infezioni letali (54) e, soprattutto, è in grado di riciclare la quercetina ossidata (120), migliorandone effetti antivirali. L'infezione da virus SARS-Cov-2 può avviare una forte reazione infiammatoria e disregolata nel polmone con livelli aumentati di IL-6 e una "tempesta di citochine" (129) che ha dimostrato di provocare infezioni asintomatiche, lievi o gravi Questa disregolazione delle citochine può essere associata a trappole extracellulari dei neutrofili (130) e ad alterazioni dell'attività delle cellule T
(131). Queste alterazioni immunologiche che hanno caratterizzato la nostra attuale comprensione del Covid-19 suggeriscono che gli agenti che prendono di mira la modulazione immunitaria, piuttosto che l'attività viricida diretta, possono presentare interessanti bersagli per l'intervento farmacologico. In questo scenario, la co-somministrazione di vitamina C e quercetina può rappresentare un approccio antivirale e immunomodulante sicuro, efficace ed economico sia per la profilassi delle popolazioni ad alto rischio che per il trattamento di casi sia lievi che gravi.
È stato inoltre dimostrato costantemente che mostrano eccellenti profili di sicurezza e una considerazione dei rischi e dei benefici nel loro potenziale terapeutico dovrebbe essere inserita in questo contesto. La vitamina C è un integratore ampiamente disponibile che molti milioni di persone usano già e abbiamo evidenziato le sue proprietà antivirali in combinazione con la quercetina. A causa del suo uso su larga scala, la vitamina C in particolare sarebbe un intervento economico con cui accertare l'efficacia di questi composti come intervento profilattico. L'uso profilattico di integratori vitaminici da banco per combattere le infezioni è un comportamento con cui molte persone si impegnano già. La ricerca sulla potenziale somministrazione profilattica di vitamina C e quercetina nei gruppi ad alto rischio è quindi giustificata.
L'eccellente profilo di effetti collaterali di questi agenti suggerirebbe anche che possano integrare gli interventi che hanno mostrato potenziali benefici nel trattamento del Covid-19, come Remdesivir (132) e plasma convalescente (133, 134), che riteniamo ne garantisca l'uso sperimentale test clinici.
Esistono potenziali limitazioni del loro utilizzo negli studi clinici. Entrambi gli agenti sono presenti in varia misura nelle diete individuali e le raccomandazioni globali per l'assunzione di vitamina C variano ampiamente in tutto il mondo (135). Gli interventi profilattici nelle popolazioni generali all'interno della comunità saranno quindi confusi dalla quantità presente nelle diverse diete. Agenti come la vitamina C hanno anche effetti benefici ben caratterizzati oltre alle proprietà antivirali che abbiamo qui evidenziato. L'integrazione con questi agenti può quindi promuovere la salute generale e influenzare indirettamente la capacità degli individui di combattere le infezioni virali. Sebbene ciò ridurrebbe la capacità di identificare le proprietà antivirali dirette della vitamina C negli studi clinici, potrebbe avere benefici accessori nel promuovere la salute generale, che può essere particolarmente pertinente se somministrata in comunità con maggiore deprivazione o da paesi meno sviluppati economicamente.
CONCLUSIONE
La quercetina mostra una vasta gamma di proprietà antivirali che possono interferire in più fasi della virulenza del patogeno - ingresso del virus, replicazione del virus, assemblaggio delle proteine - e che questi effetti terapeutici possono essere aumentati dalla co-somministrazione di vitamina C. di gravi effetti collaterali e bassi costi, suggeriamo fortemente la somministrazione combinata di questi due composti sia per la profilassi che per il trattamento precoce delle infezioni del tratto respiratorio, in particolare compresi i pazienti COVID-19.
CONTRIBUTI DELL'AUTORE
Tutti gli autori elencati hanno dato un contributo sostanziale, diretto e intellettuale al lavoro e lo hanno approvato per la pubblicazione.
FINANZIAMENTO
Supportato dal programma CounterACT, National Institutes of Health Office of the Director (NIH OD) e National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) numero di concessione R21ES030528.
CONFLITTO D'INTERESSE
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.
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